Criado um filtro para extrair elementos de terras raras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/05/2025

Ilustração do sistema de filtragem que permite separar os elementos de terras raras.
[Imagem: University of Texas at Austin]

Filtro de terras raras

Muito se fala das terras raras, elementos químicos essenciais em baterias, turbinas eólicas, eletrônicos portáteis, LEDs e muito mais, mas pouco se fala na dificuldade de extraí-las e separar cada um dos elementos químicos que as compõem.

As terras raras constituem um grupo de 17 elementos químicos, sendo 15 lantanídeos (lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio e lutécio), além do escândio e do ítrio, que são metais de transição.

Harekrushna Behera e colegas da Universidade do Texas, nos EUA, desenvolveram agora um filtro, dotado de nanoporos e nanocanais, que consegue não apenas separar e extrair esses elementos, como também consegue reter outros elementos indesejados, como potássio, sódio e cálcio.

Cada canal é diferente, permitindo a passagem apenas de íons com determinadas características, enquanto outros são impedidos de passar. Essa seletividade é crucial para muitos processos biológicos, incluindo o modo como nosso cérebro pensa, e foi justamente aí que a equipe foi buscar inspiração.

"Elementos de terras raras são a espinha dorsal de tecnologias avançadas, mas sua extração e purificação exigem muita energia e são extremamente difíceis de implementar nas escalas necessárias," disse o professor Manish Kumar. "Nosso trabalho visa mudar isso, inspirado no mundo natural."

Os "tijolos" para a construção do filtro são moléculas sintéticas chamadas pilararenos, que podem ser configuradas para interagir com diferentes íons.
[Imagem: Harekrushna Behera et al. - 10.1021/acsnano.4c17675]

Seletividade

A construção dos canais artificiais tornou-se possível graças a modificações em uma estrutura sintética chamada pilarareno, uma estrutura em forma de pilar ou coluna, cujas unidades são anéis aromáticos. Sua estrutura relativamente rígida e cilíndrica, com uma cavidade central bem definida, permite ajustar sua capacidade de capturar ou bloquear íons específicos, enquanto deixa passar outros.

"A natureza aperfeiçoou a arte do transporte seletivo através de membranas biológicas," disse Venkat Ganesan, membro da equipe. "Esses canais artificiais são como pequenos porteiros, permitindo a passagem apenas dos íons desejados."

O sistema desenvolvido pela equipe transporta especificamente íons de terras raras. O resultado é uma espécie de filtro que pode transportar seletivamente elementos de terras raras médias, como európio (Eu) e térbio (Tb), como muita eficiência. Além disso, a equipe demonstrou seletividades significativamente elevadas entre os lantanídeos médios e os lantanídeos leves e pesados.

Os elementos de terras raras são divididos em várias classes (leve, médio e pesado), cada uma com propriedades diferentes que os tornam ideais para aplicações específicas. Por exemplo, os elementos médios são usados em iluminação e telas, incluindo LEDs e TVs, e como ímãs em tecnologias de energia verde, como turbinas eólicas e baterias de veículos elétricos.

A equipe descobriu que a seletividade dos canais é controlada por interações únicas mediadas pela água entre os íons de terras raras e o canal. Essas interações permitem que os canais diferenciem os íons com base em sua dinâmica de hidratação - como as moléculas de água circundam e interagem com os íons.

Agora eles pretendem aplicar a tecnologia a outros elementos de interesse econômico, como lítio, cobalto, gálio e níquel.

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